【摘要】本文就沈陽市地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用,分析了地下水源熱泵技術(shù)的工作特點,闡述了地源熱泵技術(shù)的研究現(xiàn)狀。重點研究了水源熱泵的使用對地下水的影響,得出為了保證沈陽市應(yīng)用地源熱泵技術(shù)工作的全面推進(jìn),并保證可持續(xù)的健康發(fā)展提出了一些建議,為后續(xù)的利用提供理論支持。
【關(guān)鍵詞】地源熱泵技術(shù);地下水;影響
1、引言
隨著全球性能源危機(jī)的加劇和環(huán)境的惡化,節(jié)能和環(huán)保成為世界環(huán)保的主題,可再生能源的開發(fā)利用受到了廣泛的關(guān)注。地源熱泵(Ground Source Heat Pumps,簡稱GSHPS)是指利用土壤或地下水的低溫位熱能和蓄熱性能的一種熱泵系統(tǒng),在夏天,將埋地?fù)Q熱器作為冷凝器起制冷作用,向地下蓄熱,在冬天,將埋地?fù)Q熱器作為蒸發(fā)器起制熱作用,從地下取熱。這樣既可以充分利用土壤中的低位地?zé)豳Y源,又能將夏天的熱量儲存在地下,以供冬季使用,從而實現(xiàn)既可供熱又可制冷的高效節(jié)能系統(tǒng)。根據(jù)利用地?zé)嵩吹姆N類和方式不同可以分為以下三類:土壤源熱泵或稱土壤耦合熱泵(GCHP)、地下水熱泵(GWHP)、地表水熱泵(SWHP),地源熱泵系統(tǒng)以可再生的和清潔的環(huán)境能源在我國建筑采暖和空調(diào)領(lǐng)域得到快速發(fā)展。
2、地源熱泵在國內(nèi)外的利用和研究現(xiàn)狀
“地源熱泵”的概念,最早于1912年由瑞士的專家提出,而該技術(shù)的提出始于英、美兩國。1946年美國在俄勒岡州的波蘭特市中心區(qū)建成第一個地源熱泵系統(tǒng)市中心區(qū)安裝成功。上世紀(jì)70年代初期,由于石油危機(jī)的出現(xiàn)和環(huán)境的惡化,引發(fā)了人們對新能源的開發(fā)和利用,因而地源熱泵以其節(jié)能的特點開始受到重視。上世紀(jì)80年代后期,地源熱泵技術(shù)己經(jīng)趨于成熟,更多的科學(xué)家致力于地下系統(tǒng)的研究,努力提高熱吸收和熱傳導(dǎo)效率,同時越來越重視環(huán)境的影響問題。上世紀(jì)90年代以來,歐美國家的科技工作者的聯(lián)系更加密切,共同對地源熱泵有關(guān)的環(huán)境問題開展了廣泛和深入的研究。我國對地源熱泵的研究始于20世紀(jì)50年代,主要是由各個大學(xué)研究,而水源熱泵真正大量應(yīng)用開始于20世紀(jì)90年代,但是水源熱泵的長期利用對地下水溫度的影響研究較少,目前有關(guān)水源熱泵對地下水影響研究主要側(cè)重在兩個方面:一是地下水資源總量的保護(hù),主要集中在回灌井的結(jié)構(gòu)設(shè)計和成井工藝研究,以及在使用過程中如何保證井的回灌順利。二是水資源質(zhì)量的保護(hù),這方面我國研究較晚還缺乏有效的數(shù)據(jù)和評估,當(dāng)前一般采用監(jiān)測地下水中常規(guī)物質(zhì)化學(xué)成分。
3、沈陽市水源熱泵利用的前景
沈陽在應(yīng)用水源熱泵方面,地下水資源分布特點及水文地質(zhì)條件如何就顯得格外重要。2005年勘察結(jié)果顯示,沈陽地下水資源量為22.86億立方米,開采量19.3億立方米,已接近或超過了沈陽市多年的平均值―地下水資源量23.68億立方米,可開采量19.34億立方米。沈陽地下水位在不斷上升。水資源非常豐富。水的化學(xué)類型:主要以重碳酸型水為主,北部芳士一帶為重碳酸型水,市區(qū)南部為重碳酸、硫酸型水;鐵西和東北大馬路工業(yè)區(qū),以硫酸或氯化物型水為主�？傆捕鹊�,屬于軟水,礦化度也較低,屬于淡水,PH值多為6.5-7.5,屬于中型水,水質(zhì)相對較好。經(jīng)多處測試,沈陽市區(qū)地下水水溫為9-15.0℃,絕大多數(shù)為12-14℃,且不受季節(jié)變化影響。
4、沈陽地區(qū)水源熱泵實施過程中對地下水溫度的影響
熱泵技術(shù)在這么些年的發(fā)展中熱泵機(jī)組本身的技術(shù)是成熟的,但作為整個熱泵技術(shù)系統(tǒng)對地下水的熱污染確實是個亟待解決的問題。要研究地源熱泵系統(tǒng)的對地下水溫度環(huán)境的影響,就必須對地源熱泵系統(tǒng)負(fù)荷總量進(jìn)行研究。
負(fù)荷總量的概念是指地源熱泵的使用時間內(nèi),為了維持室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量,要求水源熱泵系統(tǒng)排放給地下水或從地下水提取熱量的總和。對于地源熱泵系統(tǒng),室內(nèi)的多余冷熱量是直接排放給地下水。由于地下水傳熱是一種不穩(wěn)定傳熱。熱量的排放是以地下水為中心逐漸向周圍巖土擴(kuò)散;熱量的提取是以地下水為中心,從周圍巖土逐漸匯集。從前期的研究看,隨著負(fù)荷總量即排放總量的增加,熱量大量聚集在使用地下水處和附近的巖土中,熱量的擴(kuò)散更加緩慢,地下水換熱能力是持續(xù)衰減的。地下水換熱能力的恢復(fù),要依靠從周圍巖土中將熱量提取出來,反之亦然。如果歷年累積的冷熱負(fù)荷總量存在差異,并隨使用時間的增加而累積起來,最終會使地源熱泵難以正常運(yùn)行。因此,負(fù)荷總量的累積特征對水源熱泵系統(tǒng)影響很大,甚至可能是決定水源熱泵系統(tǒng)壽命的關(guān)鍵因素。
水源熱泵僅是以地下水作為能量傳導(dǎo)介質(zhì),地下水通過抽水系統(tǒng)進(jìn)入熱泵系統(tǒng)經(jīng)過熱交換又從回水系統(tǒng)回灌到地下含水層中。如果抽取的地下水能夠完全回灌到地下含水層中,則整個過程中對水源不產(chǎn)生浪費。但是各地的地質(zhì)情況不一樣 ,不同的結(jié)構(gòu)含水層,出水能力不同,回灌能力也不同,非常容易出現(xiàn)水資源浪費和水質(zhì)污染等問題, 嚴(yán)重時可能引發(fā)一些生態(tài)破壞問題。尤其是對回灌溫度的控制對水源熱泵的可持續(xù)發(fā)展有著長遠(yuǎn)的意義。
在回灌過程中回灌到地下的水溫度不合理時,將破壞地下水溫度常的均勻分布,再回灌井周圍形成一個相對高溫(或低溫)的熱島,由于冷熱水的混合,將造成地下水環(huán)境的變化,溫度的變化對地下水中物理、化學(xué)和生物過程均有重要影響,從了對水質(zhì)產(chǎn)生影響,而這種影響可能是個緩慢過程,其影響程度和范圍與回灌的溫差有很大的關(guān)系。
5、結(jié)語
地源熱泵系統(tǒng)是一種高效、節(jié)能、環(huán)保、冷暖兩用的新型空調(diào)系統(tǒng),是一項再生能源技術(shù)。2006 年沈陽市被國家建設(shè)部正式確定為全國地源熱泵技術(shù)推廣試點城市,為了保證沈陽市應(yīng)用地源熱泵技術(shù)工作的全面推進(jìn),并保證可持續(xù)的健康發(fā)展下去。
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